CN114835374B - 一种污泥深度破解碳源回收与减量化的污泥处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污泥处理技术领域，特别涉及一种污泥深度破解碳源回收与减量化的污泥处理方法，首先将污泥进行浓缩，浓缩后污泥浓度达到含固率6‑8％，然后通过氧化钙与氢氧化钠两种强碱联用进行常温深度破解，碱浓度达到3‑5kg/m3，且碱处理时间达到24‑48h，污泥经过双碱处理随后再用污水厂出水进行两次稀释‑沉淀处理，一次稀释20‑25倍，二次稀释3‑6倍，在沉淀‑稀释处理过程中，污泥破解后的细颗粒随上混液回流到污水处理主体工艺流程，残渣污泥则进行进一步脱水处理。经过深度处理后污泥的有机质得到高效破解，碳源回收率达到80％以上，污泥减量化率一般不低于70％，污泥处理成本低廉且减量化显著，能够实现污泥的高效资源化和减量化。
Description
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，特别涉及一种污泥深度破解碳源回收与减量化的污泥处理方法。
背景技术
在污水处理处理中，采用生物方法十分有效，而且处理成本低，应用广泛。污水生物处理过程中，微生物不断增殖产生大量以有机质成分为主的污泥，该污泥难以在污水处理过程被消纳，最终成为剩余污泥，剩余污泥的处理处置成本高昂，一直困扰污水处理行业。
传统的剩余污泥处理，多以浓缩-脱水-干化为基本处理程序，最终填埋或焚烧或作为建筑材料，处理处置过程药剂和能源消耗巨大，处理成本高昂。一座日处理污水十万吨规模的污水厂，每天产生的湿剩余污泥(典型含水率值在80％左右)常常达到数十吨，除了处理过程需要消耗能耗物耗外，最终的污泥一般需要外运处置，处置成本也常常达到数百元/吨，高昂的处理与处置费用给企业带来巨大的经济负担。因此，提出一种污泥深度破解碳源回收与减量化的污泥处理方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的首要目的在于提供一种污泥深度破解碳源回收与减量化的污泥处理方法，实现对污泥的深度破解，将污泥中的有机质破解为溶解态或细颗粒态有机质，作为有效碳源回流到主体工艺，同时将污泥中大部分无机质也转化为溶解态，使最终的残渣态污泥体积与重量相比原污泥大幅度减少，在回收碳源获得经济效益的同时，大幅度减少了污泥处置的费用。对于某些需要补充碳源的污水厂来说，几乎能够实现污泥处理处置费用降低到接近于零。
通过以下方法来实现上述目的：
本发明提供了一种污泥深度破解碳源回收与减量化的污泥处理方法，原始污泥→一次浓缩→深度破解→一次稀释→一次沉淀→二次稀释→二次沉淀→二次浓缩→脱水干化→最终处置(是将最终的残渣进行处置，处置方法与传统剩余污泥一致)；具体包括以下步骤：
(1)在原始污泥中投入阳离子PAM后对污泥进行第一次浓缩，浓缩后的污泥进行下一步处理；浓缩液去路根据主体污水处理工艺是否需要除磷决定；对浓缩后的污泥进行处理，一方面降低处理构筑物的容积，降低了运行费用；另一方面能够减少药剂的消耗；
(2)将经过第一次浓缩的污泥投入药剂后，经过至少两个破解池内进行深度破解；一次浓缩后的污泥进行破解，采用强碱氧化钙作为破解主体药剂，同时辅以氢氧化钠10-16％、硫化钠0.05-0.2％，该药剂可以以粉末状态直接投入破解反应池，也可以先溶解为浆态(不能真正做到溶解，是呈现浑浊的浆态)以污泥泵输入破解池，反应池内需要持续搅拌。在该药剂的作用下，污泥有机质(细胞质和胞外聚合物)一般在常温下可以有效破解，一部分转化为溶解态，释放的SCOD(溶解态COD)一般可以达到15000mg/L以上。另一部分破解为细颗粒态，粒度大小在几个纳米-几个微米之间，破解液呈现黄(褐)色浑浊状态。由于释放的溶解态COD一部分可作为反硝化之需求碳源，故对于某些缺乏碳源需要外加药剂的污水处理企业来说，本方法破解污泥可部分或全部抵消污泥外加碳源，具有较大的经济效益。深度破解过程同样可以将原污泥中的相当一部分无机质破解，污泥中的无机质主要是硅、铝、铁、锰氧化物和氢氧化物，以及一些碎片，如木屑等组成。在破解药剂的作用下，某些金属氧化物部分被溶解，所以约有40-65％的无机质能够被溶解(取决于原污泥性质)或碎片化为超细颗粒，构成出水总固体的一部分(TDS，总溶解固体)。另外新形成极少量的不溶解性盐。对于大部分城市污泥来说，最终残渣干泥量仅为原污泥的约1/3以下，污泥减量化效果极为显著。
(3)将深度破解后的污泥稀释后进行一次沉淀处理，沉淀后的上层浑浊液直接回流至污水处理工艺中，沉淀下来的污泥进行二次稀释；深度破解后的污泥除了有溶解态或细颗粒态有机质外，还有一部分溶解态无机质。细颗粒态的有机质在沉淀池内难以沉淀，回流到污水处理主体工艺后，在微生物的作用下，一部分仍可以转化并作为碳源被利用，另一部分将重新构成污泥絮体的组成部分。由于厌氧过程有利于细颗粒态有机质的水解酸化，故本方法回流的上浑浊液应该回流到工艺的厌氧池(或厌氧区)；将破解后的污泥用污水厂出水稀释回流，溶解态有机质和无机质回流到污水主体处理工艺流程，实现了污泥的资源化。部分细颗粒态有机质亦得以回流。但是受到污泥沉降性能属于成层沉淀的影响(即拥挤沉淀，部分细颗粒物被夹带被迫沉淀)，细颗粒有机质只能实现部分回流，仍有相当比例的细颗粒有机质无法回流，故需要进行二次稀释与沉淀处理。
(4)将二次稀释后的污泥进行二次沉淀，上层浑浊液再次直接回流至污水处理工艺中，二次沉淀下来的污泥进一步处理；操作过程同一次稀释与沉淀。二次稀释与沉淀时，由于细颗粒物质已经被去除大部分，而残渣污泥多为无机质污泥，故在很短的时间内残渣污泥即沉淀下来，分离速度很快。二次稀释与沉淀时，沉淀速度快，上混液的浑浊度相比一次稀释时已经较低，故无需进行三次沉淀分离。
(5)将二次沉淀下来的污泥进行第二次浓缩；经过两次稀释与沉淀处理后，污泥中溶解态物质与细颗粒有机质基本上回流到主体工艺。残渣污泥主要是大颗粒物质和密度较大的无机质，需要作为最终污泥进行处理与处置。
(6)对经过第二次浓缩的污泥进行脱水与干化处理。经过浓缩与脱水处理后，与原污泥相比，减量化达到70％以上。污泥中的有害物质如重金属被稳定为金属硫化物，污泥中的其他有害物质如微生物可被强碱彻底灭活，其他有害物质如一些有机质多可以转化为无害物质。最终残渣污泥根据性质和具体条件，可填埋或作为建筑材料。污泥得到有效的减量化、资源化和无害化。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一次浓缩后污泥浓度为含固率6-8％。
作为上述技术方案的进一步改进，所述原始污泥经过污泥处理方法后，减量化为70-75％，干固体重量为原始污泥的30％及以下。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤(2)中的药剂包括氧化钙84-90％、氢氧化钠10-16％。
作为上述技术方案的进一步改进，当原始污泥中高价态重金属含量较高时，所述步骤(2)中的药剂采用硫化钠替换其中0.05-0.2％的氧化钙。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤(2)中的药剂的投加量为污泥干固体含量的4-7％，药剂投加总浓度为3-5kg/m3，深度破解时间为24-48h。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤(3)中，将深度破解后的污泥用水稀释20-25倍固体悬浮物浓度SS为3000-4000mg/L，后进行重力沉淀。
作为上述技术方案的进一步改进，所述二次稀释与沉淀是将一次稀释与沉淀得到的污泥再次用水稀释3-6倍，稀释到SS浓度为3500-5000mg/L然后再次进行重力沉淀。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一次浓缩和第二次浓缩均采用机械浓缩。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤(6)中采用板框压滤或带式压滤脱水设备进行脱水处理。
本发明的技术原理是，在较高浓度强碱性物质较长时间的作用下，且维持一定的水力条件，即使是常温反应，污泥的中主要有机质(构成污泥细胞的成分)也能够被破解为碎片化颗粒，胞内液和胞外聚合物则彻底释放。碎片化程度足够的细有机质颗粒在随后的两次稀释与沉淀过程(相当于水力淘汰过程)中，由于密度小粒径小无法沉淀，被迫随水流带回到污水处理的主体反应池，实现污泥中有机质的回流。溶解性有机质能够作为碳源被直接利用，非溶解性的细颗粒态有机质，在工艺中不断循环，长时间的作用加上存在厌氧过程，不断水解酸化，最终也能够部分得到有效的利用。而原污泥中的无机质，将有一部分转化为溶解态的盐随出水带走，不能在碱性条件下溶解的无机质最终形成残渣污泥。而该残渣污泥量相对于原污泥来说，已经大幅度减少(小试实验中，干固体一般可以减少70-75％)，污泥得到充分的资源化和减量化。
本发明的有益效果在于：
1)、破解污泥且同时实现污泥的资源化、减量化和无害化，一种方法却具有多种有益的效果。
2)、污泥中的有机质可以有效被回收，一部分回收的有机质作为污水处理过程的碳源被直接利用，就地实现资源回收。
3)、破解率非常高，减量化显著，对于普通市政污水厂污泥，减量化能够达到70％以上。
4)、能耗较低，反应在常温常压条件，避免现有方法加热需要巨大的能耗。
5)、经济效益显著，现有方法吨泥(以干固体计)处理处置成本常常达到千元以上(湿污泥一般也达到数百元)，本方法成本仅为现有方法的1/3-1/5。对于需要补充碳源的污水厂，扣除购买碳源的费用，本方法处理处置总费用进一步降低，甚至可以逼近零成本。
6)、方法安全可靠，操作简单，设备不复杂。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请做出一些非本质的改进和调整。
如图1所示，本实施例中的一种污泥深度破解碳源回收与减量化的工艺流程示意图，原始污泥→一次浓缩→深度破解→一次稀释→一次沉淀→二次稀释→二次沉淀→二次浓缩→脱水干化→最终处置；
其中，一次浓缩和二次浓缩均采用污泥浓缩设备机械浓度哦，出污浓度宜为固体含量8-10％，经过石灰浆稀释后污泥浓度为6％。
深度破解中，直接将药剂溶解在石灰浆池，形成浑浊的浆态，石灰浆池相当于溶解池，每日人工配制一次石灰浆，将生石灰和氢氧化钠在池内溶解为浑浊的浆态。
破解池1和2，每个破解池破解时间宜为12-24h，配搅拌电机。
沉淀池1和2，构造属于传统竖流沉淀池，表面负荷0.50-0.80m/h，负荷低于正常沉淀池。
存泥池，起调节池作用。
污泥脱水设备，可采用板框压滤或带式压滤等，出泥浓度为固体含量40-45％。
污泥处理方法如下：
首先将原始污泥(剩余污泥)进行浓缩(一次浓缩)，对浓缩后的污泥进行处理，一方面降低处理构筑物的容积，降低了运行费用；另一方面能够减少药剂的消耗；
一次浓缩后的污泥进行破解。采用强碱氧化钙84-90％作为破解主体药剂，同时辅以氢氧化钠10-16％、硫化钠0.05-0.2％(原污泥高价态重金属含量较低时，则硫化钠可以减少投加量直至取消投加)，该药剂可以以粉末状态直接投入破解反应池，也可以先溶解为浆态(不能真正做到溶解，是呈现浑浊的浆态，本实施例中采用石灰浆)以污泥泵输入破解池，反应池内需要持续搅拌。在该药剂的作用下，污泥有机质(细胞质和胞外聚合物)一般在常温下可以有效破解，一部分转化为溶解态，释放的SCOD(溶解态COD)一般可以达到15000mg/L以上。另一部分破解为细颗粒态，粒度大小在几个纳米-几个微米之间，破解液呈现黄(褐)色浑浊状态。由于释放的溶解态COD一部分可作为反硝化之需求碳源，故对于某些缺乏碳源需要外加药剂的污水处理企业来说，本方法破解污泥可部分或全部抵消污泥外加碳源，具有较大的经济效益。细颗粒态的有机质在沉淀池内难以沉淀，回流到污水处理主体工艺后，在微生物的作用下，一部分仍可以转化并作为碳源被利用，另一部分将重新构成污泥絮体的组成部分。由于厌氧过程有利于细颗粒态有机质的水解酸化，故本方法回流的上浑浊液应该回流到工艺的厌氧池(或厌氧区)。
破解过程同样可以将原污泥中的相当一部分无机质破解，污泥中的无机质主要是硅、铝、铁、锰氧化物和氢氧化物，以及一些碎片，如木屑等组成。在破解药剂的作用下，某些金属氧化物部分被溶解，所以约有40-65％的无机质能够被溶解(取决于原污泥性质)或碎片化为超细颗粒，构成出水总固体的一部分(TDS，总溶解固体)。另外新形成极少量的不溶解性盐。对于大部分城市污泥来说，最终残渣干泥量仅为原污泥的约1/3以下，污泥减量化效果极为显著。
经过破解后的污泥，进入一次稀释与沉淀过程。处理后污泥的一次稀释与沉淀过程需要考虑稀释后的SS浓度。浓度低分离效果好，但是水力负荷过大，造成构筑物基建成本高；浓度高，则分离效果差。通常控制SS浓度在3000-5000mg/L范围，且一次稀释沉淀采用低值，二次稀释沉淀采用高值。破解后的污泥除了有溶解态或细颗粒态有机质外，还有一部分溶解态无机质。将破解后的污泥用污水厂出水稀释回流，溶解态有机质和无机质回流到污水主体处理工艺流程，实现了污泥的资源化。部分细颗粒态有机质亦得以回流。但是受到污泥沉降性能属于成层沉淀的影响(即拥挤沉淀，部分细颗粒物被夹带被迫沉淀)，细颗粒有机质只能实现部分回流，仍有相当比例的细颗粒有机质无法回流，故需要进行二次稀释与沉淀处理。
一次稀释与沉淀处理后，进入二次稀释与沉淀，操作过程同一次稀释与沉淀。二次稀释与沉淀时，由于细颗粒物质已经被去除大部分，而残渣污泥多为无机质污泥，故在很短的时间内残渣污泥即沉淀下来，分离速度很快。二次稀释与沉淀时，沉淀速度快，上混液的浑浊度相比一次稀释时已经较低，故无需进行三次沉淀分离。
经过两次稀释与沉淀处理后，污泥中溶解态物质与细颗粒有机质基本上回流到主体工艺。残渣污泥主要是大颗粒物质和密度较大的无机质，需要作为最终污泥进行处理与处置。
经过两次稀释与沉淀处理后的污泥，可以按照传统污泥处理方法进行浓缩与脱水处理，处理方法可以参照现有技术。经过浓缩与脱水处理后，与原污泥相比，减量化达到70％以上。污泥中的有害物质如重金属被稳定为金属硫化物，污泥中的其他有害物质如微生物可被强碱彻底灭活，其他有害物质如一些有机质多可以转化为无害物质。
最终残渣污泥根据性质和具体条件，可填埋或作为建筑材料。污泥得到有效的减量化、资源化和无害化。
本发明提供一个具体的实施例，为实验室数据，具体如下：
(1)取污水厂剩余污泥，用100目筛网过滤将较大杂物去除，滤后污泥的SS浓度为10455mg/L，加入配置好的PAM溶液，迅速搅拌10-20s，开始模拟机械浓缩；
(2)然后模拟机械浓缩：取筛网，内放置土工布一块，土工布边缘高出筛网边缘，将上述加药的污泥放置在筛网内的土工布上，静置状态自然沉淀排水；5min后将浓缩的污泥取出放置到烧杯内。此时测量污泥浓度约为61540mg/L；
(3)取浓缩的污泥100.0mL(尽量准确取样，得到理论干污泥质量为6.154g)，加入到塑料烧杯内，加入氧化钙与氢氧化钠混合碱4.0g，其中氧化钙3.5g，氢氧化钠0.50g；缓慢且间歇搅拌，每小时搅拌一次，每次搅拌10min，常温反应24h；
(4)将上述碱处理的污泥用自来水稀释25倍，放置在2.5L大量筒内搅拌均匀后自然沉淀30min。弃掉上层浑浊液2.1L左右，将底部污泥留在量筒内(保留的混合液体积约0.40L，其中污泥体积约0.15～0.20L)，此时污泥与浑浊液之间有肉眼清晰可见的界面；
(5)将上述(4)得到的污泥再次用自来水稀释到2.5L(约稀释6倍)，混合搅拌均匀后再次沉淀30min；再次弃掉上层浑浊液2.2L左右，将底部污泥留在量筒内(保留的混合液体积约0.30L，其中污泥体积约0.12～0.13L)，污泥与浑浊液之间有肉眼清晰可见的界面；
(6)将上述(5)得到的污泥用普通定性滤纸过滤，并105℃烘干2小时，冷却后称重，得到污泥净重(扣除滤纸质量)为1.751g，污泥减量化率约71.5％。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种污泥深度破解碳源回收与减量化的污泥处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在原始污泥中投入PAM后对污泥进行第一次浓缩，第一次浓缩后污泥浓度为含固率6-8%，浓缩后的污泥进行下一步处理；
（2）将经过第一次浓缩的污泥投入药剂后，经过至少两个破解池内进行深度破解；其中，所述药剂包括84-90%氧化钙、10-16%氢氧化钠；
（3）将深度破解后的污泥稀释后进行一次沉淀处理，沉淀后的上层浑浊液直接回流至污水处理工艺中的厌氧区域，沉淀下来的污泥进行二次稀释；
（4）将二次稀释后的污泥进行二次沉淀，上层浑浊液再次直接回流至污水处理工艺中，二次沉淀下来的污泥进一步处理；
（5）将二次沉淀下来的污泥进行第二次浓缩；
（6）对经过第二次浓缩的污泥进行脱水与干化处理；
所述原始污泥经过污泥处理方法后，减量化为70-75%，干固体重量为原始污泥的30%及以下。
2.根据权利要求1所述的污泥深度破解碳源回收与减量化的污泥处理方法，其特征在于，当原始污泥中高价态重金属含量较高时，所述步骤（2）中的药剂采用硫化钠替换其中0.05-0.2%的氧化钙。
3.根据权利要求1或2任一所述的污泥深度破解碳源回收与减量化的污泥处理方法，其特征在于，所述步骤（2）中的药剂的投加量为污泥干固体含量的4-7%，药剂投加总浓度为3-5kg/m3，深度破解时间为24-48h。
4.根据权利要求1所述的污泥深度破解碳源回收与减量化的污泥处理方法，其特征在于，所述步骤（3）中，将深度破解后的污泥用水稀释20-25倍，即固体悬浮物浓度SS为3000-4000mg/L，后进行重力沉淀。
5.根据权利要求1所述的污泥深度破解碳源回收与减量化的污泥处理方法，其特征在于，所述二次稀释与沉淀是将一次稀释与沉淀得到的污泥再次用水稀释3-6倍，稀释到SS浓度为3500-5000mg/L然后再次进行重力沉淀。
6.根据权利要求1所述的污泥深度破解碳源回收与减量化的污泥处理方法，其特征在于，所述第一次浓缩和第二次浓缩均采用机械浓缩。
7.根据权利要求1所述的污泥深度破解碳源回收与减量化的污泥处理方法，其特征在于，所述步骤（6）中采用板框压滤或带式压滤脱水设备进行脱水处理。
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